Типы гибридных силовых установок
Гибридные силовые установки различаются в зависимости от того, какой вид энергии используется в силовой установке, работающей в паре с традиционным поршневым ДВС. В настоящее время выделяют два основных типа гибридных силовых установок: электрические и механические.
В механических гибридных силовых установках для накопления энергии могут быть использованы сосуды, работающие под давлением (пневматические аккумуляторы, гидроаккумуляторы с пневматическим накопителем.). Большие массогабаритные показатели систем с подобными накопителями, а также сложность преобразования энергии при рекуперации ограничивают их применимость на мобильных установках.
Также к механическим гибридным силовым установкам относятся системы на основе инерционных накопителей. В качестве аккумулятора энергии здесь выступает маховик, раскручиваемый при рекуперативном торможении до высоких оборотов (порядка 60 тыс. об/мин). Преимуществами подобной схемы является относительная простота конструкции и компактность накопителя, широкие температурные диапазоны работы, отсутствие необходимости преобразования вращения в другой вид энергии. Основной недостаток – сложность трансмиссии, согласующей вращение накапливающего маховика и ведущих колёс автомобиля. Тем не менее, подобные системы уже используются в болидах Формулы 1 (в рамках системы KERS - Kinetic Energy Recovery Systems, допущенной к применению в соответствии с техническим регламентом Формулы 1 от 2009 года). Некоторые ведущие автомобилестроительные фирмы мира (Volvo, Porsche) работают над реализацией серийных версий подобной системы (рис. 7.1) [17].
Рис. 7.1 Инерционный накопитель [17].
Большой опыт по созданию гибридных силовых установок показывает, что рекуперацию, накопление и возвращение энергии на привод колёс проще всего организовать посредством преобразования вращения в электрическую энергию. Именно поэтому наибольшее распространение в последнее время получили электрические гибридные силовые установки (далее просто «гибридные силовые установки»). Основным их недостатком является необходимость использования аккумуляторных батарей в качестве накопителей электрической энергии. Даже самые современные электрические аккумуляторы имеют ограниченный ресурс и низкие показатели удельной запасаемой энергии, что влечёт необходимость размещения на шасси автомобиля массивных аккумуляторных комплексов. Кроме того, электрические аккумуляторы имеют узкий температурный диапазон работы, что вынуждает использовать специальные подогревающие или охлаждающие системы. Определённые трудности вызывает также утилизация отработавших аккумуляторов [4].
Несмотря на то, что наиболее динамично автомобили с гибридными силовыми установками развиваются последние 20 лет, основы технологии были заложены ещё в начале 20 века. Так, первым подобным автомобилем считается Lohner-Porsche, построенный в 1900-1901 годах известным конструктором Фердинандом Порше, основателем одноимённой автомобильной компании (рис. 7.2).
Рис. 7.2 Lohner-Porsche - первый в мире автомобиль с гибридной силовой установкой